信号和电源完整性仿真
将仿真整合在电子设计自动化 (EDA) 工作流程中
数字系统中的信号和电源完整性
高速电子产品的高数据传输速率和小型化需要高度的信号完整性及和电源完整性 (SI/PI),可带来低风险的干扰或噪声。随着数据传输速率的提高,信号频率也随之提高,信号的传播方式不再像是传统电路电流,更像是高频率的电磁波,从而带来了信号完整性问题。了解高速电子产品的行为超出了电路仿真范畴:它需要一种全波 3D 方法,其可完全建模这些电磁场,帮助分析高性能印刷电路板的设计。
使用虚拟孪生进行虚拟 SI/PI 测试
“虚拟孪生”方法可以在仿真环境中复制物理测试,助力信号及电源完整性工程师一次性获得设计成功。虚拟孪生是系统的高保真模型,将所有相关数据包含在一个数据包中。常见的 SI/PI 测试(如电压降、眼图和浴缸曲线图等)可进行虚拟复制,电磁兼容性 (EMC) 测试设置(如辐射测量和批量电流注入 (BCI))也可进行虚拟复制。
值得信赖的虚拟孪生需要准确的模型。SIMULIA 不仅提供对材料数据库(具有真实专有基板的属性)的访问权限,而且还支持使用各种材料属性模型(如频率相关材料)通常测量数据创建自定义材料。
分析信号完整性、电源完整性和 EMC
CST Studio Suite 中的电磁仿真工具可使用大量行业标准 ECAD 及 MCAD 工具整合在 EDA 工作流程中,使电子产品工程师能够在设计周期的所有阶段(布局前、布局过程中以及布局后)分析信号及电源完整性问题和 EMC 问题。
PCB、IC 及线缆中的信号完整性
专用工具为专业工程师提供了分析集成电路 (IC) 封装、印刷电路板 (PCB) 和线缆所需的规则检查器和求解器。通用 3D 求解器可对整个电路板和设备进行整体仿真。IdEM 提供的宽带宏建模技术可实现从 3D 电磁场仿真中提取 SPICE 模型。共轭传热 (CHT) 仿真可与电磁仿真相结合,分析电子产品的热性能并设计散热系统。
EDA 中的电磁仿真
- 信号完整性分析
- 电源完整性分析
- 宽带宏建模
信号完整性分析
信号完整性 (SI) 是指保持通过通道传输的数据的质量,允许从模拟信号中可靠恢复 1 和 0 的数字模式。对此的主要测量方法是眼图 – 许多随机比特位在示波器上形成的形状。主要影响包括抖动、损耗以及来自串扰(通道间干扰)和码间串扰(连续比特间干扰)等来源的噪声。

电源完整性分析
同时,电源完整性 (PI) 是指分析配电网络的性能。有助于确保组件接收到的电压在公差范围内,不会引入干扰。电阻压降 – 损耗导致 (PCB) 电源层的电压下降,这是常见的 PI 问题。电源电子产品将带来开关噪声 – 电压的高频率变化,其可导致干扰和 SI 问题。布置去耦电容器 (decap) 不仅可降低噪声,而且还可防止其传输。
3D 全波仿真可捕获设备及其电子产品的全部行为,无需分析近似。它包括线缆、具有差分对或有损线的电路板,以及芯片封装等。早在确定制造物理原型之前,它就能揭示 2D 和电路仿真可能忽略的潜在问题。可及早发现信号完整性问题,并可在 3D 可视化的帮助下,找到并解决问题的根源。

宽带宏建模
要对完整的电子系统进行准确的信号完整性/电源完整性 (SI/PI) 仿真,我们必须考虑所有的信号及电源衰减效应,其中包括互连寄生效应、来自附近互连的耦合干扰、不连续性引起的反射、色散以及非理想材料属性。
数字系统中的信号及电源完整性
宽带宏建模是一种建模复杂电子系统的极有效方法。在宏建模中,单个组件的 3D 场仿真结果将转化为等效模型。我们可将该模型用作通用电路仿真器(例如 SPICE)中的“块”,以执行详细的系统级 EMC 及 SI/PI 分析,包括信号衰退效应。
宽带宏建模可使用 SIMULIA 工具 CST Studio Suite 和 IdEM 执行。基于 CST Studio Suite 中全波仿真的散射参数(S 参数),IdEM 可提取准确的宏模型。至关重要的是,对于任何现实数值仿真,IdEM 可以确保提取的 SPICE 模型既是被动的(不放大信号或增加总功率),也是因果的(意思是输出信号永远不会先于输入)。

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